擴(kuò)頻通信概述

擴(kuò)頻通信概述無線通信抗干擾技術(shù)2024/4/29擴(kuò)頻通信概述一、擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)二、擴(kuò)頻通信的概念三、擴(kuò)頻通信的分類四、擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特點(diǎn)五、擴(kuò)頻通信的發(fā)展簡(jiǎn)史六、擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)七、擴(kuò)頻通信的應(yīng)用八、擴(kuò)頻通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)2024/4/29一、擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)1948年，香農(nóng)提出了著名的香農(nóng)公式。

C=B·log2(1+S/N)比特/秒其中C－－信道容量（比特/秒）B－－信道帶寬（Hz）S－－信號(hào)平均功率（W）N－－噪聲功率（W）2024/4/29一、擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)由香農(nóng)公式可以看出：1、增加信道容量的方法有兩種，增加傳輸信號(hào)帶寬B或增加信噪比S/N。2、信道容量C一定時(shí)，帶寬B與信噪比S/N可以互換。2024/4/29一、擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)3、當(dāng)B增加到一定程度后，信道容量C將增加緩慢，并趨于有限值。2024/4/29一、擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)信號(hào)帶寬與信噪比的互換關(guān)系例：某系統(tǒng)信號(hào)帶寬為8kHz，信噪比為7，求信道容量C。在C不變的情況下，信號(hào)帶寬分別增加一倍和減小一半，求此時(shí)信號(hào)功率的相對(duì)變化為多少？2024/4/29一、擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)2024/4/29二、擴(kuò)頻通信的概念定義：擴(kuò)頻通信：全稱為擴(kuò)展頻譜通信，一類信息傳輸方式，在發(fā)端利用特定的偽隨機(jī)編碼序列(也稱偽噪聲編碼序列)將待傳信息信號(hào)的頻譜展寬，使傳輸信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)大于信息信號(hào)本身的帶寬，送入信道中傳輸，在接收端用相同的擴(kuò)頻編碼序列對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)處理，使有用信號(hào)的頻譜壓縮，從而獲取傳輸信息。2024/4/29二、擴(kuò)頻通信的概念擴(kuò)頻技術(shù)是使用一個(gè)比理論所需要大的帶寬來傳輸并使用一個(gè)獨(dú)立的擴(kuò)頻碼來控制帶寬擴(kuò)展的技術(shù)。傳統(tǒng)通信技術(shù)致力于節(jié)省帶寬在傳統(tǒng)調(diào)制方法中，調(diào)制信號(hào)的總體帶寬被最小化，使更多的信道能同時(shí)傳輸。而擴(kuò)展頻譜將已調(diào)制的信號(hào)擴(kuò)展成寬帶信號(hào)擴(kuò)頻技術(shù)使用比最小需要帶寬大成百上千倍的帶寬2024/4/29二、擴(kuò)頻通信的概念2024/4/29二、擴(kuò)頻通信的概念擴(kuò)頻通信的兩個(gè)準(zhǔn)則射頻帶寬遠(yuǎn)大于信息帶寬必須用特殊的信號(hào)（通常是具有偽隨特性的編碼信號(hào)），來擴(kuò)展發(fā)送信號(hào)的頻譜。擴(kuò)頻信號(hào)的特點(diǎn)寬帶偽隨機(jī)相關(guān)接收2024/4/29二、擴(kuò)頻通信的概念擴(kuò)頻通信應(yīng)用的三個(gè)主要目的AJ（軍事通信）LPI、LPE（軍事通信）CDMA（軍事、民用通信）2024/4/29三、擴(kuò)頻通信的分類存在不同的擴(kuò)展信號(hào)的技術(shù)：直接序列擴(kuò)頻（DS，DirectSequence）跳頻（FH,FrequencyHopping）跳時(shí)（TH：TimeHopping）線性調(diào)頻(chirp)Multi-CarrierCDMA(MC-CDMA).混合擴(kuò)頻FH/DS、DS/TH、FH/TH、TH/FH、DS/FH/TH2024/4/29三、擴(kuò)頻通信的分類跳頻信號(hào)干擾信號(hào)跳頻信號(hào)被壓制2024/4/29四、擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的特點(diǎn)與傳統(tǒng)窄帶通信相比優(yōu)點(diǎn)好的抗干擾能力（AJ）2024/4/29四、擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的特點(diǎn)與傳統(tǒng)窄帶通信相比優(yōu)點(diǎn)低的功率譜密度，由于不知偽隨機(jī)碼而實(shí)現(xiàn)保密，信號(hào)具有隱蔽性、保密性，安全可靠（LPI）具有選址能力，可實(shí)現(xiàn)碼分多址通信（CDMA），能與其它用戶共享同一頻帶（頻譜重疊覆蓋），頻譜利用率高抗多徑干擾能力強(qiáng)，應(yīng)用擴(kuò)頻意味著多徑效果的減小能夠?qū)崿F(xiàn)精確的定時(shí)和高分辨率的測(cè)距和測(cè)速

2024/4/29四、擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的特點(diǎn)缺點(diǎn)復(fù)雜、成本高對(duì)寬帶干擾沒有抵抗能力對(duì)信道要求高，帶寬效率低（某些場(chǎng)合）2024/4/29五、擴(kuò)頻通信的發(fā)展簡(jiǎn)史跳頻和跳時(shí)的概念出現(xiàn)于1940年代的早期

1942年由在奧地利出生的女演員HedyLamarr和美國作曲家GeorgeAntheil發(fā)明。直接序列的概念晚幾年出現(xiàn)相關(guān)檢測(cè)出現(xiàn)在1940年代后期瑞克接收機(jī)出現(xiàn)在1952年早期絕大多數(shù)應(yīng)用于軍事和情報(bào)目的第二次世界大戰(zhàn)中被嘗試和應(yīng)用于抗干擾和導(dǎo)航擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的開發(fā)始于約20世紀(jì)50年代中期，在1960年代早期被軍方開發(fā)作一種對(duì)有意干擾較少敏感的通信方法。擴(kuò)頻在1980年代被首次用于商業(yè)目的在1985年為無需執(zhí)照商業(yè)業(yè)務(wù)開放了三個(gè)頻段今天，大多數(shù)無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)采用擴(kuò)頻調(diào)制，運(yùn)行在900MHz、2.4GHzor5.8GHz的ISM(Industrial,ScientificandMedical)頻帶。今天我們有IS-95、WCDMA(3G)、WirelessLAN、…2024/4/29六、擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)一、處理增益對(duì)擴(kuò)頻通信的處理增益的兩種主要定義信噪比增益定義偽隨機(jī)碼與信息速率比定義二、干擾容限三、門限效應(yīng)六、擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)一、擴(kuò)頻通信的處理增益對(duì)擴(kuò)頻通信的處理增益的兩種主要定義定義1：解擴(kuò)器輸出端與輸入端的信噪比的比值：(S/N)i和(S/N)o分別為擴(kuò)頻處理器的輸入和輸出信噪比。通常用分貝（dB）表示六、擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)一、擴(kuò)頻通信的處理增益該定義的處理增益表示經(jīng)過解擴(kuò)器后，信號(hào)信噪比的改善。擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益主要來自接收機(jī)的解擴(kuò)器。例：某擴(kuò)頻系統(tǒng)Gp=70dB，若要求(S/N)o=10dB，則允許(S/N)i=-60dB，即信號(hào)功率可以在低于干擾功率60dB的惡劣條件下工作。2024/4/29六、擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)一、擴(kuò)頻通信的處理增益定義2：偽隨機(jī)碼與信息速率比定義六、擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)二、擴(kuò)頻通信的干擾容限干擾容限Mj是考慮了系統(tǒng)損耗后，系統(tǒng)尚能工作時(shí)，信道可允許的最大噪信比。Mj考慮了實(shí)用系統(tǒng)的輸出信噪比要求以及系統(tǒng)的內(nèi)部損耗，因而可以反映系統(tǒng)在干擾環(huán)境中的工作能力。六、擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)二、擴(kuò)頻通信的干擾容限 例：一個(gè)系統(tǒng)的處理增益Gp=30dB，系統(tǒng)的執(zhí)行損耗Lsys=2dB： 若系統(tǒng)要求的最小輸出信噪比為8dB，則：Mj=30-(8+2)=20dB，即輸入的干擾功率最多只能比信號(hào)功率高20dB時(shí)，該系統(tǒng)才能正常工作。六、擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)二、擴(kuò)頻通信的干擾容限 例：一個(gè)系統(tǒng)的處理增益Gp=30dB，系統(tǒng)的執(zhí)行損耗Lsys=2dB： 若系統(tǒng)要求的最小輸出信噪比為9dB， 則：Mj=30-(9+2)=19dB,

即輸入的干擾功率最多只能比信號(hào)功率高19dB的條件下系統(tǒng)才能正常工作。2024/4/29七、擴(kuò)展頻譜通信應(yīng)用在軍事通信中的應(yīng)用作為一種重要的抗干擾技術(shù)在軍事通信中的應(yīng)用越來越重要在民事通信中的應(yīng)用擴(kuò)頻技術(shù)已成無繩電話、蜂窩、無線局域網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)建模塊。擴(kuò)頻技術(shù)已發(fā)展成目前或下一代無線系統(tǒng)的基本構(gòu)建模塊之一，從蜂窩到無繩到無線局域網(wǎng)，擴(kuò)頻是系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)關(guān)鍵部分。